Здесь рассматриваются только основные типы таких рентгеновских аппаратов. В их развитии большую роль сыграли два факта. С одной стороны, в соответствии с требованиями атомной физики были разработаны ускорители заряженных частиц, работающие на различных принципах, а с другой стороны было установлено, что для лечения глубоколежащих опухолей наиболее пригодным является рентгеновское излучение, обладающее большей энергией. 

 Генвратор ван де Граафа. Принцип его работы показан на рис. 11.17. Цилиндры h1 и h2 соединены при помощи шелковой ленты так, что лента передвигается при вращении цилиндров. Цилиндр h1 находится в металлическом шаре большого размера, в который шелковая лента входит через отверстие и при этом не прикасается к нему. Е1 и Е2 представляют собой острые гребенчатые металлические иглы, а Е3 - цилиндрический электрод, расположенный напротив Е2 с другой стороны ленты. Е1 электрически связан с полушаром. Электроды Е2 и Е3 присоединяются к полюсам источника постоянного тока, напряжение которого порядка 10 - 20 кв. Под действием напряжения возникает дуговой разряд между Е2 и Е3, в результате чего шелковая лента заряжается положительно. Поскольку шелковая лента передвигается на цилиндрах, то положительный заряд, попавший на ленту, доходит до шпиля Е1, находящегося внутри шара. Шар заряжается положительно на основе принципа электрического смещения. Лента как бы передает шару свой заряд. Шар может быть заряжен до очень высокого напряжения. Размеры установки можно снизить до величины, допускающей его применение в медицине, путем использования качественной изоляции, предотвращающей разряд. Способом улучшения изоляции является давление в установке 7 - 10 атм и применение вместо воздуха фреона, обладающего большим пробивным напряжением при давлении 3 - 3,5 атм. 

 Терапевтические рентгеновские аппараты с генератором ван де Граафа (электростатическим генератором) при 2 Мэв и расстоянии кожа - фокус, равном 100 см, дают мощность дозы 85 р/мин. 

 Линейный ускоритель. Принцип его работы показан на рис. 11.18. В разрядной трубке последовательно друг за другом помещены цилиндрические электроды. Электроды соединены с высокочастотным генератором так, что каждый второй из них подключается к одному и тому же его полюсу. В конце трубки находится источник электронов. Электроны, выходящие из источника электронов, попадают в поле цилиндрических электродов и ускоряются там в соответствии с частотой генератора. Частота генератора и расстояние между электродами выбраны так, чтобы при прохождении электрона между двумя электродами их полярность изменилась. Таким образом, электрон у каждого электрода ускоряется и падает на анод, расположенный на другом конце трубки, с большой скоростью. Вследствие ускорения электронов длина электродов увеличивается по каскадам. При торможении электронов, обладающих большой кинетической энергией, возникают очень жесткие («сверхжесткие») рентгеновские лучи. Наиболее распространенные линейные ускорители заряженных частиц обеспечивают энергию излучения в 4 Мэв и мощность дозы (при расстоянии кожа - фокус, равном 100 см) 400 р/мин.

Рис. 11.18. Линейный ускоритель 
0 - высокочастотный генератор; е - источник электронов 

Рис. 11.19. Бетатрон 
а) структурная схема; б) траектория электронов; 1. стальной сердечник; 2. намагничивающие катушки; 3, траектория электронов; 4. источник электронов 

 Бетатрон. Принцип его работы основан на том, что электроны, движущиеся по принужденной круговой траектории, ускоряются под действием магнитного поля, нарастающего во времени. 

 Магнитное поле, необходимое для ускорения электронов, создается с помощью мощного электромагнита, принцип строения которого подобен трансформатору (рис. 11.19). Две стенки воздушного зазора среднего стержня стального сердечника броневого типа изготовлены в виде полюсов, между которыми вращаются электроны. Электроны движутся в круглой вакуумной трубке, помещенной между полюсами (рис. 11.19 б). Электроны выстреливаются в трубку с помощью инжектора с ускоряющим напряжением 60 кв. Электромагнит питается переменным напряжением с частотой 50 гц, следовательно, возникающий магнитный поток также меняется по синусоидальному закону. Для ускорения электронов используется одна четверть волны магнитного потока. В конце одной четвертой части периода ускорения круговая траектория электронов изменяется так, что пучок электронов выходит из трубки через тонкое медное или алюминиевое окно или же падает на анод, помещенный в трубке. Изменение траектории движения электронов достигается путем изменения ускоряющего кругового магнитного поля. Магнитный импульс, который сужает электронное кольцо перед попаданием электронов на анод, создается импульсом тока, величина которого составляет приблизительно 250 а. 

 Энергия, необходимая для намагничивания электромагнита, снимается с магазина емкостей. Емкость и катушка электромагнита представляют собой колебательный контур, в который извне подается энергия потери. Катушка электромагнита изготовлена из медной трубы, по которой течет охлаждающее масло. Максимально достижимая энергия электронов пропорциональна магнитной индукции и радиусу круговой траектории движения. Если радиус круговой траектории движения электронов в два раза больше, то кинетическая энергия электронов увеличивается в два раза при той же индукции. Однако увеличение радиуса траектории движения электронов в два раза приводит к увеличению размеров бетатрона в плоскости в четыре раза, а в пространстве в восемь раз, что означает увеличение его веса в восемь раз. Это ограничивает увеличение мощности бетатрона. Фирмой «SRW» выпускаются два типа бетатронов, дающих максимальную энергию излучения в 18 Мэв и 42 Мэв. 

 Основные размеры установки, дающей максимальную энергию излучения 18 Мэв: диаметр круговой траектории электронов 22 см, вес электромагнита приблизительно 400 кг, вес всей установки (вместе с защитой и ускорителем) 660 кг. В случае получения электронного пучка его сечение на выходе из трубки малое, в воздухе он рассеивается, и уже на расстоянии 30 см возникает электронный пучок размером, соответствующим целям терапии. 

Рис. 11.20. Распределение глубокой дозы 
а) электронный пункт; б) сверхжесткое рентгеновское излучение: 1. рентгеновское излучение с энергией 35 Мэв; 2. рентгеновское излучение 18 Мэв; 3. Со⁶⁰ - гаммаизлучение; 4. рентгеновское излучение, генерированное при анодном напряжении трубки 250 кв, с фильтром 1,5 CuHWS; 5. рентгеновское излучение с энергией 30 Мэв 

 Распределение глубокой дозы в случае электронного пучка показано на рис. 11.20 а. Распределение дозы при создании сверхжесткого рентгеновского излучения с помощью бетатрона показано на рис. 11.20 б. Здесь же приведены кривые глубокой дозы сверхжесткого рентгеновского излучения, Со⁶⁰ - гамма-излучения и рентгеновского излучения с анодным напряжением 250 кв. Бетатрон пригоден для облучения неподвижного поля, для перекрестного облучения, маятникового облучения, облучения с применением решетки и полостного облучения. 

 Для рентгеновских аппаратов сверхвысокого напряжения требуется центрирующее устройство. С помощью последнего определяется пространственное расположение облучаемого очага. Сама установка представляет собой источник рентгеновских лучей, смонтированный на маятниковом штативе. После определения пространственного расположения очага стол с больным передвигается по рельсам под источник излучения. На рис. 11.21 показано помещение для облучения больных на бетатроне, машинный зал и помещение управления (пультовая). Рядом с источником излучения находится центрирующее устройство. 

Рис. 11.21. Помещение для аппарата сверхвысокого напряжения 
А. рентгеновский аппарат сверхвысокого напряжения; В. центрируюшее устройство; 1. пульт управления; 2. шкаф переключателей; 3. генераторное устройство; 4. магазин емкостей; 5. охлаждающая система; 6. компрессор; 7. генераторное устройство центратора 

 Работа с рентгеновскими аппаратами сверхвысокого напряжения представляет собой очень сложную задачу. Эти аппараты нашли применение в терапии только в последнее время. Вследствие высокой стоимости и больших эксплуатационных расходов их применение экономически выгодно только в крупных медицинских учреждениях. Они не вытесняют обычные рентгеновские аппараты для глубокой терапии, а только расширяют арсенал средств лучевой терапии.